Nanotechnologie in der Schule - Prof. Dr. Thomas Wilhelm

8.5 Sonderstellung von Ferrofluiden
schwächeren Permanentmagneten als bei magnetisch hartem Material, welches sich durch
hohe Energieverluste beim vollständigen Durchlaufen der Hystereseschleife auszeichnet.
Magnetisch weiches Material findet so vor allem in Transformatoren Verwendung, wohin-
gegen magnetisch hartes Material hauptsächlich für Permanentmagnete verwendet wird.
8.5 Sonderstellung von Ferrofluiden
Ferrofluide zeigen, obwohl ihre festen Bestandteile, wie beispielsweise Magnetit, ferroma-
gnetische Stoffe sind, gesonderte magnetische Eigenschaften. Die magnetischen Partikel
liegen in sehr kleinen magnetischen Einzeldomänen vor und tragen ein permanentes ma-
gnetisches Moment m. Da alle im Fluid existierenden Momente statistisch verteilt sind,
ergibt sich für das gesamte Fluid kein resultierendes magnetisches Moment.
Außerdem kann man bei der Vermessung der Magnetisierungskurve keine Hysterese fest-
stellen, obwohl die einzelnen Partikel durchaus ferromagnetisch sind. Man nennt dieses
Phänomen, das bei ferromagnetischen Einzeldomänenpartikeln auftritt und bei dem diese
Teilchen im Kollektiv als Fluid paramagnetisches Verhalten zeigen, Superparamagnetismus
[Hei10, Seite 10].
8.6 Magnetisierung
Nach Gleichung (8.1) auf Seite 90 besitzt jedes magnetische Partikel 1 in Folge einer spon-
tanen Magnetisierung M0 ein magnetisches Moment m:
m = M · V = M · 4
3 r3 π = M · 4
3 ·
� �3 d
· π = M0 ·
2
π
· d3
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(8.8)
Die Gesamtmagnetisierung des Ferrofluids ergibt sich einerseits aus dem magnetischen Mo-
ment der Partikel und deren Konzentration im Fluid [AK09, Seite 35f.]. Andererseits steht
die thermische Energie der Teilchen, die eine möglichst gleiche Verteilung der magnetischen
Momente im Fluid anstrebt, in Konkurrenz zu dem im Fluid herrschenden Magnetfeld,
das eine gleiche Ausrichtung aller Momente verfolgt. Wenn alle magnetischen Momente
der Partikel gleichgerichtet sind, erreicht man die Sättigungsmagnetisierung MS. Unter
der Annahme, dass die Teilchen keine Wechselwirkung erzeugen, folgt aus der Langevin-
Gleichung:
1 Im Folgenden sei angenommen, dass die Partikel kugelförmig sind und einen Radius r = d/2 besitzen.
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